KR100229716B1 - 병렬공진형 유도가열 조리기 - Google Patents

병렬공진형 유도가열 조리기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 한 병렬공진형 유도가열 조리기에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 입력전압을 분기시키는 제 1, 제 2 필터 캐패시터(Cf1)(Cf2)로 이루어진 전압 분기부(101)와, 공진 캐패시터(Cr) 및 복수의 유도가열 코일(Lr1,Lr2,……,Lrn)이 복수의 공진회로를 이뤄 상기 전압 분기부(101)를 통하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열용기(도시 생략됨)를 가열하는 가열부(102)와, 상기 공진 캐패시터(Cr) 및 복수의 유도가열 코일(Lr1,Lr2,……,Lrn)과 더불어 공진회로를 이루되 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 복수의 릴레이(Ry1,Ry2,……,Ryn)가 스위칭되어 상기 복수의 공진회로 중 소정의 공진회로를 시분할적으로 선택하여 상기 가열용기가 시분할적으로 가열되게 하는 제 1 스위칭부(103)와, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되는 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)에 제 1, 제 2 댐핑 다이오드(D1)(D2)가 각각 역 병렬 연결되어 스위칭 작용에 따라 상기 가열부(102)가 상기 가열용기를 가열하도록 전원을 공급하는 제 2 스위칭부(104)로 구성된다.

Description

병렬공진형 유도가열 조리기
본 발명은 병렬공진형 유도가열 조리기에 관한 것으로, 특히 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 한 병렬공진형 유도가열 조리기에 관한 것이다.
종래의 다출력형 유도가열 조리기는 도 1에 도시된 바와 같이, 교류전원(AC Source)에 복수의 인버터(10-1,10-2,…)가 병렬 연결되어 구성되어져 있다.
상기 인버터(10-1,10-2,…)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 브리지 정류회로(11)와, 상기 브리지 정류회로(11)를 통해 정류된 직류전원을 일정하게 평활시키는 필터 인덕터(Lf) 및 필터 캐패시터(Cf)로 이루어진 LC 평활회로(12)와, 상기 LC 평활회로(12)의 출력 전압을 공진시키는 유도가열 코일(Lr) 및 공진 캐패시터(Cr)로 이루어진 LC 공진회로(13)와, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 상기 유도가열 코일(Lr)이 가열 동작을 수행할 수 있도록 전원을 공급하는 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)로 구성되어져 있다.
도면 중 미설명 부호인 D1과 D2는 상기 LC 공진회로(13)의 대역폭과 위상 특성을 개선하는 댐핑 다이오드이다.
이와 같이 구성된 종래 다출력형 유도가열 조리기의 동작을 첨부한 도면 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 교류전원(AC Source)은 복수의 인버터(10-1,10-2,…)에 각각 구비된 브리지 정류회로(11)를 통하여 맥동 직류전압으로 정류된 후 필터 인덕터(Lf) 및 필터 캐패시터(Cf)로 이루어진 LC 평활회로(12)를 통하여 일정하게 평활된다.
이때, 제 2 스위치(S2)가 제어 신호에 따라 온(ON)되어 LC 평활회로(12)의 출력 전압이 LC 공진회로(13)로 입력되면 유도가열 코일(Lr)에 흐르는 전류가 공진에 의해 증가되어 공진 캐패시터(Cr)가 충전된다.
그리고, 일정 시간 경과 후 제어 신호에 따라 제 2 스위치(S2)가 오프(Off)됨과 동시에 제 1 스위치(S1)가 온(ON)되면 공진 캐패시터(Cr)의 충전 에너지가 방전되어 유도가열 코일(Lr)에 역방향으로 전류가 흐르게 된다.
따라서, 상기와 같은 충방전 동작을 가청주파수 이상의 높은 주파수로 반복하게 되면 유도가열 코일(Lr)로부터 발생된 자장에 기인한 전자기 유도 효과로 인하여 가열판(도시 생략됨) 위의 가열용기(도시 생략됨)에 적절한 출력이 전달된다.
그러나, 이러한 종래의 다출력형 유도 가열 조리기는 주파수 제어를 통해서 출력을 제어하므로 각 가열용기의 크기와 재질에 따라 인접한 가열판 사이에서 동작 주파수의 차이에 의한 간섭음이 발생될 뿐만 아니라 각각 별개의 제어회로를 갖는 인버터로 각각 하나의 유도가열 코일에 전력을 공급하기 때문에 시스템의 부피가 커짐과 아울러 제조 원가가 상승되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로서, 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 한 병렬공진형 유도가열 조리기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 입력전압을 분기시키는 전압 분기수단과, 복수의 공진회로가 전압 분기수단에 의하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열용기를 가열하는 가열수단과, 복수의 공진회로와 더불어 공진회로를 이루되 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 복수의 공진회로 중 소정의 공진회로를 시분할적으로 선택하여 가열용기가 시분할적으로 가열되게 하는 제 1 스위칭수단과, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 가열수단이 가열용기를 가열하도록 전원을 공급하는 제 2 스위칭수단으로 이루어짐을 특징으로 한다.
도 1은 종래 다출력형 유도가열 조리기의 회로도.
도 2는 본 발명에 의한 병렬공진형 유도가열 조리기의 회로도.
도 3은 도 2에 도시된 유도가열 조리기의 동작에 따른 전류 전압 파형도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
101 : 전압 분기부 102 : 가열부
103 : 제 1 스위칭부 104 : 제 2 스위칭부
이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 병렬공진형 유도가열 조리기의 회로도를 나타낸 것으로서, 입력전압을 분기시키는 제 1, 제 2 필터 캐패시터(Cf1)(Cf2)로 이루어진 전압 분기부(101)와, 공진 캐패시터(Cr) 및 복수의 유도가열 코일(Lr1,Lr2,……,Lrn)이 복수의 공진회로를 이뤄 상기 전압 분기부(101)를 통하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열판(도시 생략됨)위의 가열용기(도시 생략됨)을 가열하는 가열부(102)와, 상기 공진 캐패시터(Cr) 및 복수의 유도가열 코일(Lr1,Lr2,……,Lrn)과 더불어 공진회로를 이루되 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 복수의 릴레이(Ry1,Ry2,……,Ryn)가 스위칭되어 상기 복수의 공진회로 중 소정의 공진회로를 시분할적으로 선택하여 상기 가열용기가 시분할적으로 가열되게 하는 제 1 스위칭부(103)와, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되는 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)에 제 1, 제 2 댐핑 다이오드(D1)(D2)가 각각 역 병렬 연결되어 스위칭 작용에 따라 상기 가열부(102)가 상기 가열용기를 가열하도록 전원을 공급하는 제 2 스위칭부(104)로 구성되어져 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 교류전원(AC Source)이 브리지 정류회로(도시 생략됨)에 의하여 맥동 직류전압으로 정류되어 LC 평활회로(도시 생략됨)를 통하여 일정하게 평활된 후 입력되면 전압 분기부(101)의 제 1, 제 2 필터 캐패시터(Cf1)(Cf2)는 입력전압을 분기시키게 된다.
이때, 제 1 유도가열 코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr)로 이루어진 공진회로를 이용하여 가열판(도시 생략됨)위의 가열용기(도시 생략됨)을 가열하고자 할 경우에는 도 3에 도시된 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)의 스위칭 상태 및 전류 전압 파형도와 같이, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 1 스위칭부(103)의 복수의 릴레이(Ry1,Ry2,……,Ryn) 중 제 1 릴레이(Ry1)는 온(on)됨과 동시에 제 2 릴레이 내지 제 n 릴레이(Ry2∼Ryn)는 오프(off)된다.
그리고, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 2 스위칭부(104)의 제 1 스위치(S1)는 온됨과 동시에 제 2 스위치(S2)가 오프되면 제 1 유도가열 코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr)는 일련의 공진회로를 이뤄 입력 전압의 반(Vd/2)이 인가됨과 아울러 제 1 유도가열 코일(Lr1)에 흐르는 전류가 선형적으로 상승된다.
이후, 제 1 유도가열 코일(Lr1)에 흐르는 전류의 크기가 설정된 값에 이르러 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 1 스위치(S1)가 영전압의 조건으로 오프되면 제 1 유도가열 코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr)가 공진을 하여 공진 캐패시터(Cr)의 전압이 +Vd/2에서 -Vd/2로 공진을 통하여 떨어진다.
그리고, 공진 캐패시터(Cr)의 전압이 -Vd/2가 되면 제 2 스위치(S2)에 역 병렬 연결된 제 2 댐핑 다이오드(D2)는 온됨과 아울러 제 1 유도가열 코일(Lr1)에 흐르는 전류가 선형적으로 감소된다.
이때, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 2 스위치(S2)가 영전압의 조건으로 온되면 제 1 유도가열 코일(Lr1)에 흐르는 전류는 영까지 떨어졌다가 다음에는 반대 방향으로 증가된다. 그리고, 이 전류가 설정치에 이르면 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 2 스위치(S2)가 영전압의 조건으로 오프된다.
그러면, 다시 제 1 유도가열 코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr)가 공진을 하여 공진 캐패시터(Cr)의 전압이 -Vd/2에서 +Vd/2로 공진을 통하여 증가된다.
또한, 공진 캐패시터(Cr)의 전압이 +Vd/2가 되면 제 1 스위치(S2)에 역 병렬 연결된 제 1 댐핑 다이오드(D2)는 온됨과 아울러 제 1 유도가열 코일(Lr1)에 흐르는 전류가 선형적으로 증가된다. 그리고, 이 전류가 영이 되면 한 공진 주기가 끝나고 상술한 공진 동작이 반복된다.
이와 같이, 제 1 유도가열 코일(Lr1)에 유기된 전류에 의하여 자속이 발생되고, 이 자속이 가열판(도시 생략됨) 위의 가열 용기(도시 생략됨)와 쇄교하여 가열 용기의 바닥에는 와전류(Eddy Current)가 발생된다. 따라서, 이 와전류에 의한 주울(Joule)열에 의하여 가열 용기가 가열된다.
다음으로, 제 2 유도가열 코일(Lr2)과 공진 캐패시터(Cr)로 이루어진 공진회로를 이용하여 가열용기(도시 생략됨)를 가열하고자 할 경우에는 외부로부터 입력되는 제어 신호에 의하여 제 1 스위칭부(103)의 복수의 릴레이(Ry1,Ry2,……,Ryn) 중 제 2 릴레이(Ry2)는 온(on)됨과 동시에 여타의 릴레이(Ry1,Ry3∼Ryn)는 오프(off)된다.
그리고, 제 1 유도가열 코일(Lr1)과 공진 캐패시터(Cr)로 이루어진 공진회로를 이용하여 가열용기(도시 생략됨)를 가열하고자 할 경우와 동일하게 제 1, 제 2 스위치(S1)(S2)의 스위칭 상태를 변경하여 부하에 원하는 출력을 공급하게 된다.
이와 같이, 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 공진 캐패시터(Cr) 및 복수의 유도가열 코일(Lr1,Lr2,……,Lrn)이 이루는 복수의 공진회로 중 소정의 공진회로가 시분할적으로 선택하여 복수의 가열용기가 시분할적으로 가열된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 시분할 제어를 통하여 하나의 인버터로 복수의 부하를 병렬공진 방식으로 구동함과 아울러 하나의 제어회로로 복수의 인버터를 제어하도록 함으로써, 에너지 손실이 최소화됨과 아울러 공진 캐패시터는 입력 전압으로 클램핑이 되므로 낮은 정격의 캐피시터를 사용할 수 있을뿐더러 시스템의 용적 및 코스트가 저감되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 입력전압을 분기시키는 전압 분기수단과,
    복수의 공진회로가 상기 전압 분기수단에 의하여 분기된 입력전압을 공진시켜 복수의 가열용기를 가열하는 가열수단과,
    상기 복수의 공진회로와 더불어 공진회로를 이루되 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 상기 복수의 공진회로 중 소정의 공진회로를 시분할적으로 선택하여 상기 가열용기가 시분할적으로 가열되게 하는 제 1 스위칭수단과,
    외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되어 상기 가열수단이 상기 가열용기를 가열하도록 전원을 공급하는 제 2 스위칭수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 병렬공진형 유도가열 조리기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 분기수단은 평활된 입력전압을 분기시키는 제 1, 제 2 필터 캐패시터인 것을 특징으로 하는 병렬공진형 유도가열 조리기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열수단은 공진회로를 이루는 공진 캐패시터 및 복수의 유도가열 코일인 것을 특징으로 하는 병렬공진형 유도가열 조리기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭수단은 상기 복수의 유도가열 코일에 직렬 연결된 복수의 릴레이인 것을 특징으로 하는 병렬공진형 유도가열 조리기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭수단은 외부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 스위칭되는 제 1, 제 2 스위치에 제 1, 제 2 댐핑 다이오드가 각각 역 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 병렬공진형 유도가열 조리기.
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